超聲波輔助提取桑葚籽油的研究

陳 雅，廉葦佳，韓 琛，阿依加馬麗·加帕爾，雷 靜

（新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院吐魯番農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，新疆吐魯番 838000）

桑葚籽是桑葚加工產(chǎn)品的副產(chǎn)物，占桑葚果實(shí)質(zhì)量的3%~5%[1]。桑葚籽中富含黃酮、多糖、生物堿、二苯乙烯類等活性物質(zhì)及多種微量元素，其中鐵元素含量與豬肝相近，有預(yù)防兒童缺鐵性貧血和改善缺鐵癥狀的作用[2-5]。桑葚籽還具有增強(qiáng)免疫力、滋陰補(bǔ)血、潤(rùn)腸通便、補(bǔ)益肝腎、安神益智等作用[6]。桑葚籽中含油量為27.5%~33.0%，是一種以不飽和脂肪酸亞油酸為主的油脂，亞油酸含量高達(dá)82.85%，具有較高的營(yíng)養(yǎng)與保健價(jià)值，具有降血脂、抗動(dòng)脈粥樣硬化的作用[7-8]。目前，提取桑葚籽油的方法有溶劑浸提法、超臨界流體萃取法、超聲波輔助提取法、微波輔助提取法、直接壓榨法等[9-13]。其中，超聲波輔助提取是利用空化作用和機(jī)械振動(dòng)有效地促使桑葚籽中的油脂溶出，該方法適用性廣、操作簡(jiǎn)單快捷、提取率高且不破壞提取物結(jié)構(gòu)[14-16]。以吐魯番桑葚籽為原料，探索出桑葚籽油的最佳提取工藝條件，為桑葚資源綜合開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

材料：桑葚籽，來(lái)源于吐魯番黑桑葚加工產(chǎn)品副產(chǎn)物。

試劑：正己烷、石油醚（沸程60~90 ℃）、乙醇、乙酸乙酯、丙酮，成都市科龍化工試劑廠提供，均為分析純。

儀器：FA/JA 型系列電子天平，上海上平儀器有限公司產(chǎn)品；KQ-400DE 型數(shù)控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司產(chǎn)品；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海興創(chuàng)科學(xué)儀器設(shè)備有限公司產(chǎn)品；SIGMA3K15 型臺(tái)式冷凍離心機(jī)，北京中科匯義環(huán)?？萍加邢薰井a(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 桑葚籽油提取工藝

桑葚籽→清洗→干燥、粉碎、過(guò)篩→取一定量桑葚籽粉→加入一定比例的浸提溶劑→超聲→離心→旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)→稱重→計(jì)算桑葚籽出油率。

1.2.2 單因素試驗(yàn)

（1） 以正己烷、石油醚（沸程60~90 ℃）、乙醇、乙酸乙酯、丙酮作為浸提溶劑，在超聲功率240 W，超聲溫度40 ℃，超聲時(shí)間30 min 條件下，研究不同浸提溶劑對(duì)桑葚籽出油率的影響。

（2） 在超聲功率240 W，超聲溫度40 ℃，超聲時(shí)間30 min 的條件下，研究不同料液比1∶5，1∶10，1∶15，1∶20，1∶25 對(duì)桑葚籽出油率的影響。

（3） 在料液比1∶15，超聲溫度40 ℃，超聲時(shí)間30 min 的條件下，研究不同超聲功率160，200，240，280，320 W 對(duì)桑葚籽出油率的影響。

（4） 在料液比1∶15，超聲功率280 W，超聲時(shí)間30 min 的條件下，研究不同超聲溫度20，30，40，50，60 ℃對(duì)桑葚籽出油率的影響。

（5） 在料液比1∶15，超聲功率280 W，超聲溫度50 ℃的條件下，研究不同超聲時(shí)間10，20，30，40，50 min 對(duì)桑葚籽出油率的影響。

1.2.3 響應(yīng)面試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以料液比（A）、超聲功率（B）、超聲溫度（C）、超聲時(shí)間（D） 為4 個(gè)因素進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)，以桑葚籽出油率作為響應(yīng)指標(biāo)，確定桑葚籽油的最佳提取條件。

響應(yīng)面分析因素與水平設(shè)計(jì)見表1。

表1 響應(yīng)面分析因素與水平設(shè)計(jì)

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 浸提溶劑對(duì)桑葚籽出油率的影響

浸提溶劑對(duì)桑葚籽出油率的影響見圖1。

圖1 浸提溶劑對(duì)桑葚籽出油率的影響

由圖1 可知，浸提溶劑對(duì)桑葚籽出油率的大小依次為石油醚> 正己烷> 乙酸乙酯> 丙酮> 乙醇。因此，選擇石油醚作為浸提溶劑。

2.1.2 料液比對(duì)桑葚籽出油率的影響

料液比對(duì)桑葚籽出油率的影響見圖2。

圖2 料液比對(duì)桑葚籽出油率的影響

2.1.3 超聲功率對(duì)桑葚籽出油率的影響

超聲功率對(duì)桑葚籽出油率的影響見圖3。

圖3 超聲功率對(duì)桑葚籽出油率的影響

由圖3 可知，當(dāng)超聲功率為160~280 W 時(shí)，隨著超聲功率的增加，桑葚籽出油率從14.7%增加到26.7%；當(dāng)超聲功率為320 W 時(shí)，桑葚籽出油率開始下降。因此，選取超聲功率為70 W。

2.1.4 超聲溫度對(duì)桑葚籽出油率的影響

超聲溫度對(duì)桑葚籽出油率的影響見圖4。

圖4 超聲溫度對(duì)桑葚籽出油率的影響

由圖4 可知，桑葚籽出油率隨著超聲溫度的升高而升高，當(dāng)超聲溫度達(dá)50 ℃時(shí)，出油率最大為27.7%。溫度繼續(xù)升高，桑葚籽出油率有下降的趨勢(shì)。因此，選擇超聲溫度為50 ℃。

2.1.5 超聲時(shí)間對(duì)桑葚籽油出油率的影響

超聲時(shí)間對(duì)桑葚籽出油率的影響見圖5。

壓覆范圍是確定壓覆資源/儲(chǔ)量的關(guān)鍵參數(shù)和工作重點(diǎn)，壓覆范圍應(yīng)根據(jù)壓覆類型、地質(zhì)條件等綜合因素確定。壓覆類型根據(jù)建設(shè)項(xiàng)目用地范圍，劃分為點(diǎn)壓覆項(xiàng)目、線壓覆項(xiàng)目和面壓覆項(xiàng)目(圖1)。一般而言，無(wú)論什么類型的壓覆項(xiàng)目，壓覆評(píng)估范圍要根據(jù)建設(shè)項(xiàng)目范圍和壓覆礦產(chǎn)資源范圍的實(shí)際情況及影響情況確定，需利用該壓覆礦區(qū)的礦產(chǎn)資源類型和特點(diǎn)計(jì)算得出。

圖5 超聲時(shí)間對(duì)桑葚籽出油率的影響

由圖5 可知，桑葚籽出油率隨著超聲時(shí)間的增加而不斷增加；當(dāng)超聲時(shí)間達(dá)到40 min 后，不能顯著提升桑葚籽出油率。因此，選擇超聲時(shí)間為40 min。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以料液比（A）、超聲功率（B）、超聲溫度（C）、超聲時(shí)間（D） 4 個(gè)因素進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。

響應(yīng)面試驗(yàn)方案及結(jié)果見表2。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)方案及結(jié)果

2.2.1 回歸方程擬合及方差分析

采用Design Expert 8.0.6 統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，對(duì)各因素回歸擬合后，得到回歸方程：

回歸模型及方差分析見表3。

由表3 可知，此模型p 值<0.000 1，表示擬合的模型方程極顯著，說(shuō)明試驗(yàn)方法可靠，可用該回歸方程替代試驗(yàn)真實(shí)點(diǎn)對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。失擬項(xiàng)p 值為0.116 8>0.05，表現(xiàn)為不顯著，說(shuō)明回歸方程擬合度和可信度均較好，試驗(yàn)誤差小。模型中A，B，C 的p 值均小于0.01 表現(xiàn)為差異極顯著，說(shuō)明料液比、超聲功率、超聲溫度對(duì)桑葚籽出油率的影響顯著，而D 的p 值>0.05，表現(xiàn)為不顯著。各因素影響桑葚籽出油率順序?yàn)槌暪β?超聲溫度>料液比>超聲時(shí)間。交互項(xiàng)AB、AD 的p 值均小于0.01，說(shuō)明AB、AD 對(duì)桑葚籽出油率的影響極其顯著；交互項(xiàng)BC 的p 值<0.05，說(shuō)明BC 對(duì)桑葚籽出油率的影響顯著；交互項(xiàng)AC、BD、CD 的p 值均大于0.05，說(shuō)明其對(duì)桑葚籽出油率的影響不顯著。A2、B2、C2、D2的 p 值均小于 0.01，說(shuō)明 A2、B2、C2、D2對(duì)桑葚籽出油率的影響極其顯著。復(fù)相關(guān)系數(shù)R2=0.976 8，說(shuō)明試驗(yàn)值與模型回歸值一致性良好，試驗(yàn)誤差小，可以用此模型分析、預(yù)測(cè)各因素對(duì)桑葚籽出油率的影響。

表3 回歸模型及方差分析

2.2.2 響應(yīng)面圖分析

根據(jù)Design Expert 8.0.6 統(tǒng)計(jì)分析軟件獲得各因素間交互作用對(duì)桑葚籽出油率影響的響應(yīng)曲面圖和等高線圖。

料液比與超聲功率的交互作用對(duì)桑葚籽出油率影響的響應(yīng)曲面圖和等高線圖見圖6，料液比與超聲時(shí)間的交互作用對(duì)桑葚籽出油率影響的響應(yīng)曲面圖和等高線圖見圖7，超聲功率與超聲溫度的交互作用對(duì)桑葚籽出油率影響的響應(yīng)曲面圖和等高線圖見圖8。

圖6 料液比與超聲功率的交互作用對(duì)桑葚籽出油率影響的響應(yīng)曲面圖和等高線圖

由圖6 可知，料液比與超聲功率對(duì)桑葚籽出油率交互作用顯著，隨著料液比和超聲功率的增加，桑葚籽出油率含量逐漸增加，當(dāng)2 個(gè)因素增加到一定程度，桑葚籽出油率又逐漸降低，說(shuō)明過(guò)高或過(guò)低的料液比和超聲功率都會(huì)影響桑葚籽出油率。由圖7 可知，等高線圖呈橢圓形說(shuō)明料液比與超聲時(shí)間對(duì)桑葚籽出油率交互作用顯著，隨著料液比與超聲時(shí)間的增加，桑葚籽出油率逐漸增加，當(dāng)2 個(gè)因素增加到一定程度時(shí)，桑葚籽出油率又逐漸降低，說(shuō)明過(guò)高或過(guò)低的料液比與超聲時(shí)間都會(huì)影響桑葚籽出油率。由圖8 可知，超聲功率與超聲溫度對(duì)桑葚籽出油率的交互作用顯著。

圖7 料液比與超聲時(shí)間的交互作用對(duì)桑葚籽出油率影響的響應(yīng)曲面圖和等高線圖

圖8 超聲功率與超聲溫度的交互作用對(duì)桑葚籽出油率影響的響應(yīng)曲面圖和等高線圖

2.2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

通過(guò)所得回歸模型對(duì)桑葚籽油提取工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，得到最適提取條件為料液比1∶16.07，超聲功率272.40 W，超聲溫度51.51 ℃，超聲時(shí)間40.15 min，得到桑葚籽出油率為30.48%。為了驗(yàn)證模型預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，按照上述條件進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。鑒于試驗(yàn)的實(shí)際可操作性，將提取工藝條件調(diào)整為料液比1∶16，超聲功率272 W，超聲溫度51 ℃，超聲時(shí)間40 min，經(jīng)過(guò)3 組重復(fù)試驗(yàn)，實(shí)際測(cè)得桑葚籽出油率平均值為30.14%，試驗(yàn)結(jié)果與模型結(jié)果基本一致，所得模型能較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)實(shí)際情況。因此，采用響應(yīng)面分析方法優(yōu)化桑葚籽油提取工藝條件較準(zhǔn)確，有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié)論

通過(guò)以桑葚籽出油率作為響應(yīng)值（Y），料液比（A）、超聲功率（B）、超聲溫度（C）、超聲時(shí)間（D） 為自變量建立回歸方程：

得到最適桑葚籽油提取條件為料液比1∶16，超聲功率272 W，超聲溫度51 ℃，超聲時(shí)間40 min，在此條件下測(cè)得桑葚籽出油率為30.14%，與模型結(jié)果30.48%相差不大，表明該回歸模型具有較好的預(yù)測(cè)性能，可用于指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。